分散支撑液膜中重金属离子的传输与分离研究

摘要

重金属污染来源广泛且日趋严重,对生态环境安全和饮用水安全构成了巨大威胁。支撑液膜分离技术由于具有传质速度快、选择性好、分离效率高、成本低、无二次污染等优点,近年来备受关注,特别适合于重金属离子的分离与浓缩。但由于膜不稳定、膜寿命短而限制了其大规模工业应用。本论文在现有支撑液膜分离技术的理论研究基础上,探索合适的液膜分离体系,提出分散支撑液膜的概念,研究了几种常见二价重金属离子以及贵金属离子在分散支撑液膜体系中的传输行为,解决了支撑液膜体系的稳定性问题,建立了混合金属离子分离回收的新方法,并通过传质机制分析,建立相应的动力学模型,取得了以下研究结果：1.以常见二价重金属离子Co(II)、Zn(II)、Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)为研究对象,有机膦酸酯PC-88A为流动载体,煤油为膜溶剂,研究了重金属离子在分散支撑液膜体系中的传输行为,探讨了影响金属离子传输的各种因素。其最佳传输条件为：料液相pH分别为6.00、4.00、5.00、5.25、5.25；解析相中液膜相和解析液体积比均为160：40；解析液HCl浓度分别为4.00mol·L-1、4.00mol·L-1、4.00mol·L-1、4.00mol·L-1和5.00mol·L-1。在最佳条件下,传输率分别为94.4％(190min)、90.0%(190min)、82.7%(190min)、90.0%(130min)和88.9%(190min)。通过比较,发现分散支撑液膜不仅具有较高的传输效率,而且膜体系稳定,膜的使用寿命长。2.以贵金属离子Ag(I)、Au(III)、Pt(IV)和Pd(II)为研究对象,选择合适的流动载体,研究了金属离子在分散支撑液膜中的迁移行为和规律,探讨了影响金属离子传输的各种因素。最佳传输条件为：流动载体分别为TOA、TOA、PC-88A和N503；料液相介质分别为0.10mol·L-1 HNO3和0.10mol·L-1KSCN、2.00 mol·L-1HCl、0.50 mol·L-1 HCl和0.l0mol·L-1HCl;解析相中液膜相和解析液体积比分别为40：20、40：20、140：60和30：30；解析液分别为0.125 mol·L-1Na2S2O3、0.33mol·L-1KCN.7.00 mol·L-1HCl(?)1.60mol·L-1KSCN；在最佳条件下,传输130min,传输率分别为80.0%、100.0%、100.0%和79.8%。通过比较,发现分散支撑液膜具有较高的传输效率。3.通过传质过程分析,建立了重金属离子在分散支撑液膜体系中的传质动力学方程,计算出重金属离子通过分散支撑液膜传输时的传输动力学参数d0和δa,并通过实验得以验证。4.利用建立的分散支撑液膜体系,分别对Zn(II)和Cu(II).Zn(II)和Co(II).Cu(II)和Co(II).Pt(Ⅳ)和Co(II).Pt(Ⅳ)和Cu(II).Au(III)和Ag(I)以及Zn(II).Cu(II)和Co(II)进行分离。结果表明,该体系能够实现混合离子的有效分离。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 重金属废水来源与危害

1.1.1 重金属废水来源

1.1.2 重金属废水的危害

1.2 重金属废水处理现状

1.2.1. 化学沉淀法

1.2.2 离子交换法

1.2.3 电解法

1.2.4 溶剂萃取法

1.2.5 吸附法

1.2.6 膜分离法

1.3 液膜分离技术

1.3.1 液膜的分类及特点

1.3.2 液膜分离的传质机理

1.4 支撑液膜分离技术

1.4.1 支撑液膜的特点

1.4.2 支撑液膜研究现状

1.4.3 支撑液膜存在问题

1.4.4 支撑液膜稳定性的改进

1.5 本论文研究意义及研究内容

1.5.1 本论文研究意义

1.5.2 主要研究内容

1.5.3 技术关键

1.5.4 创新点

2 分散支撑液膜体系中钴、锌、镉、铜、铅离子的传输研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器

2.2.2 实验试剂

2.2.3 实验原理

2.2.4 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 钴离子传输

2.3.2 锌离子传输

2.3.3 镉离子传输

2.3.4 铜离子传输

2.3.5 铅离子传输

2.4 传质动力学分析

2.4.1 Co(Ⅱ)传质分析

2.4.2 Zn(Ⅱ)传质分析

2.4.3 Cd(Ⅱ)传质分析

2.4.4 Cu(Ⅱ)传质分析

2.4.5 Pb(Ⅱ)传质分析

2.5 本章小结

3 分散支撑液膜体系中贵金属离子的传输研究

3.1 引言

3.2 银离子传输

3.2.1 实验部分

3.2.2 传输原理

3.2.3 结果与讨论

3.3 金离子传输

3.3.1 实验部分

3.3.2 传输原理

3.3.3 结果与讨论

3.4 铂离子传输

3.4.1 实验部分

3.4.2 传输原理

3.4.3 结果与讨论

3.5 钯离子传输

3.5.1 实验部分

3.5.2 传输原理

3.5.3 结果与讨论

3.6 本章小结

4 分散支撑液膜体系中重金属离子的传输分离

4.1 Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)分离

4.2 Zn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)分离

4.3 Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)分离

4.4 Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的分离

4.5 Pt(Ⅳ)和Co(Ⅱ)分离

4.6 Pt(Ⅳ)和Cu(Ⅱ)分离

4.7 Ag(Ⅰ)和Au(Ⅲ)的分离

4.8 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间公开发表论文

参编教材

发明专利